CN102323015A - 气体泄漏检测装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种气体泄漏检测装置，所述装置包括工厂压缩气体输入口、气压调整单元、气体通断控制单元、量程扩大选择单元、气体流量传感器及调理电路、以及夹具单元，所述工厂压缩气体输入口接收检测用压缩气体，并将所述气体传输至气压调整单元，在得到适合气压的流动气体后，传输至气体通断控制单元，气体通断控制单元打开，稳定的气体传输至所述量程扩大选择单元，然后流动气体通过气体流量传感器及调理电路并输出至夹具单元。本发明增加了量程扩大选择单元，通过气体流量测量装置，使输出的气体到达装有待测器件的夹具单元，克服了以往气密性测量中，待测物必须有一定内容积的要求的缺点。

Description

气体泄漏检测装置

技术领域

本发明涉及流量检测领域，特别涉及一种气体泄漏检测装置。

背景技术

在现代工业中，对于一些部件的气体泄漏指标的测量要求越来越高，对生产部件或配件测试的要求也越来越精细，所以很多产品或配件在生产过程中或使用前，要进行气体泄漏值的测试，也就转化为对气体泄漏流量的测试，一般要求观察和记录在检测过程中(持续一段时间)的气体流量值，以此判断产品的各种特性是否满足测试标准。大批量生产测试的要求不同于实验室的单个产品的测试要求，必须保证测试装置的稳定性和准确性，同时具有良好的自动功能，如自动良品判断功能(上下限度判断后如果不良则发出警报)和对所有测试数据的记录的保存和汇总分析等功能。

现在气体泄漏检测装置应用已经很广泛，如对于管道泄漏检测领域，往往采用向待测地下管线注入一定压力的成分示踪气体；用可移动式氢气检漏仪的氢敏探头沿管路走向检测氢气信号；将检测信号转换为电信号并进行A/D转换，变成数字信号；对连续检测到的数字信号进行记忆和分析处理，根据探头移动时检测信号增强还是减弱的变化趋势判断待测管线漏点方位，通过与记忆最大值的比较来判断是否有气体泄漏以及漏点的准确位置。也有用于具有一定内容积的被测物的气密检漏仪，通过单片机控制，根据充气时间、平衡时间以及被测物容积和测试时间等参数来进行测量和处理。

以上测量方法的不足之处在于：传统的使用单片机的接口方式进行数据处理时，对数据计算处理功能、数据分析能力有限，而且一般只有实时显示采样值的功能，对于历史数据的记录、管理和汇总分析工作一直比较困难，难以满足现代生产中产品量产时所需的历史数据的存储和管理功能；另外，被测物必须要要有一定的容积或是管道，如果被测物的容积很小或是膜状物，则目前的测量装置的处理方法还不适合。

发明内容

要解决的技术问题

在考虑现有技术存在上述问题的情况下，设计了本发明。本发明的目的在于提供一种气体泄漏检测装置，以解决现有技术中存在的诸多问题。技术方案

为解决现有技术存在的上述问题，本发明提供一种气体泄漏检测装置，所述装置包括工厂压缩气体输入口、气压调整单元、气体通断控制单元、量程扩大选择单元、气体流量传感器及调理电路、以及夹具单元，所述工厂压缩气体输入口接收检测用压缩气体，并将所述检测用压缩气体传输至气压调整单元，气压调整单元调整检测用压缩气体的气压，在得到适合气压的流动气体后，将该流动气体传输至气体通断控制单元，气体通断控制单元用于决定气体的通断，当所述气体通断控制单元的阀门打开一定时间后，所述适合气压的流动气体传输至所述量程扩大选择单元，量程扩大选择单元根据待测物所需的测量范围决定是否需要扩大量程，然后所述适合气压的流动气体通过气体流量传感器及调理电路传输至装有待测器件的夹具单元。

优选的，所述气体泄漏检测装置还包括MCU电路以及气压稳压装置，所述气压调整单元包括一次气压调整单元以及二次气压调整单元，所述二次气压调整单元包括气压传感器和步进电机，所述MCU电路控制所述气压传感器测得的气压信号与设定值进行比较，并由所述MCU电路控制所述步进电机的正反向转动，从而进行自动调压，然后经由气体稳压装置的作用，得到所述合适气压的流动气体。

优选的，所述气体泄漏检测装置还包括控制单元，MCU电路把气体流量传感器及调理电路检测到的实时气体流量值传输给控制单元，进行用户控制以及显示和分析。

优选的，所述控制单元包括上位机模块、用户控制模块和显示模块，所述上位机模块对所述气体通断单元、一次气压调整单元以及稳压装置进行控制。

优选的，所述气体通断控制单元包括电磁阀以及气控阀，其中，所述电磁阀根据所述控制单元给出的第二控制信号而开或闭，所述电磁阀的输入端是一次气压调整单元所给出的少量控制用气体，所述少量控制用气体形成二级控制信号，来控制所述气控阀的开闭。

优选的，所述量程扩大选择单元具有旁路结构，通过控制流动气体进入的旁路结构和气体流量传感器路径横截面积之比，从而扩大量程范围。

优选的，所述夹具单元包括与气体流量传感器及调理电路匹配的接口以及用于密封住待测器件的密封单元，所述夹具单元通过所述接口和气体流量传感器及调理电路相连接，所述密封单元与待测器件的形状相匹配。

优选的，所述气体流量传感器及调理电路中的气体流量传感器为具有温度补偿能力的气体流量传感器。

优选的，所述检测用压缩气体为氮气。

优选的，所述气体流量传感器及调理电路在规定时间内的检测量如果超过预先设定值，则说明待测物气密性差，所述气体流量传感器及调理电路通过MCU电路向控制单元发送气密性差的信息，并由所述控制单元发出警报告警。

技术效果

根据本发明所提供的气体泄漏检测装置，具有以下技术效果：

1)待测物的内容积无要求，适合多种形状。根据待测物的形状，设计合适的夹具进行密封固定，只需待测物的夹具单元的接口(稳定气体流入口)统一即可。

2)采样速率高，测量范围广。可以直接测量的流量范围为-400～+400sccm(standard-state cubic centimeter per minute，即标准毫升/分钟)，最高可以在5ms的积分时间里得到即时的气体流量，这样的采样速率和测量范围能满足极大部分应用场所的应用。

3)低噪声，适用范围广等功能。由于在传感器模块后采用了仪表放大器和隔离放大器，以及采用光耦进行输入隔离。使系统提高了共模抑制比，并使该电路有着极好的抗干扰性能，能同时保护电子仪器设备和人身安全，适合于工业环境下应用。

4)具有旁路结构来扩大量程范围：根据测试需要，可以对选择适当的旁路机构，来扩大量程范围。

5)把温度变化影响降低到最低。考虑到传感器的被测对象为气体，对于温度的变化比较敏感，所以本发明在几个方面进行了重点考虑。首先，气体通断控制单元不再是简单的使用一个电磁阀来进行控制被测气体的通断，因为电磁阀在经过一定时间的工作后，会发热，这样会影响到待测对象气体，而通过电磁阀控制气控阀，由气控阀来进行对被测气体的通断控制，这样的一个二级控制装置能非常好的把温度变化影响降低到最低；其次，本发明所采用的传感器以及相关放大器具有温度补偿能力，从而减少了温度变化所造成的测量误差。考虑到所测气体的稳定性，本发明优选使用氮气，但常规气体在一般的车间环境也可以用来进行测试。

6)数据处理功能强大：由于使用了NI公司的LABVIEW软件作为数据处理和控制平台，能记录所有需要的数据，所以能非常方便的实现实时数据的监控画面，异常数据的汇总和所有历史数据的汇总功能。这一点比仅使用单片机的气密泄漏检测装置功能更为强大和实用。

附图说明

从对说明本发明的主旨及其使用的优选实施例和附图的以下描述来看，本发明的以上和其它目的、特点和优点将是显而易见的，在附图中：

图1为根据本发明的气体泄漏装置的整体构造示意图；

图2为根据本发明的气体泄漏装置的气体通断控制单元构造示意图；

图3为根据本发明的气体泄漏装置的旁路构造示意图；

图4为根据本发明的气体泄漏装置的气体流量传感器及调理电路示意图；

图5为根据本发明的气体泄漏装置的二次气压调整单元气压测量电路图；

图6为根据本发明的气体泄漏装置的MCU电路及上位机通信电路图。

具体实施方式

以下，将结合附图对本发明具体实施例方式进行详细描述。

图1为根据本发明的气体泄漏装置的整体构造示意图。如图1所示，根据本发明的气体泄漏装置包括工厂压缩气体输入口1、一次气压调整单元2、二次气压调整单元3、气体稳压装置4、气体通断控制单元5、量程扩大选择单元6、气体流量传感器及调理电路7、夹具单元8、MCU(微型控制模块)电路9、以及控制单元10。

本实施例所要检测的待测物为一圆膜状待测物，需检测此产品的气密性，即气体泄漏检测，通过气体流量的检测，以此判断是否合格。此待测物被密封在夹具单元8(上下夹住)中，此夹具单元通过一个标准接口和前部的测量装置相连接，当需变更测量产品(不同形状)时，只需设计合适形状的密封夹具能密封住待测物，保证接口的统一性即可，因此，本发明所检测物体形状不限于本实施例给出的圆膜状。待测物的正下方是气体通道，此通道前方接的是气体流量测量传感器和调理电路，实际进行检测到的物理量就是此通道的气体泄漏量，通过规定时间的测量，如果此物理量超过规定限度，说明待测物气密性有问题，上位机主控程序就发出警报显示不良。否则就判断为良品。

所述气体泄漏测试装置对被测物进行气体泄漏检测时，首先，经过气体调压，得到稳定的适合被测物测量范围的气压，然后，经过气体流量传感器后流向待测物的专门夹具接口，气体流量传感器的相关采集信号由MCU电路通过RS232总线，输入到控制单元中，通过相应的上位机程序，实现数据显示、判断以及对测试数据的记录进行保存和汇总分析等功能。

具体可言，继续参考图1，工厂的压缩气体通过工厂压缩气体输入口1进入到一次气压调整单元2，通过一次气压调整单元2后得到基本稳定的比较合适的气压值，而为了得到较稳定的气压，需要进行二次气压的调整，实现此功能的二次气压调整单元3利用气压传感器的信号经过MCU电路的控制，和设定值进行比较，由MCU电路发出控制信号C3控制步进电机的正反向转动，从而实现自动调压的功能，然后再和气体稳压装置4的共同作用下，得到合适气压的流动气体，根据气体通断控制单元5的控制，可以决定气体的通断，即决定是否开始测试，当气体通断控制单元5的阀门打开一定时间后，稳定的气体通过量程扩大选择单元6，可以根据待测物所需的测量范围事先决定进行是否需扩大量程的选择，然后稳定的气体通过气体流量传感器及调理电路和测量装置7，输出气体到装有待测器件的夹具单元8，对待测器件进行气密性的检测，同时气体流量传感器及相应的调理电路7通过MCU电路9的RS232接口把检测到的实时流量值传输给控制单元10，进行用户控制以及各种数据的显示和分析功能，所述控制单元10包括上位机程序、用户控制和显示程序及界面，同时控制单元10中的上位机程序对气体通断单元5根据测试时间等要求通过控制信号C2进行控制，而且控制单元10通过控制信号C1也对一次气压调整单元2和稳压装置4进行控制。

本实施例中，一次气压调整单元2以及气体稳压装置4均采用公知构造的相关器件，二次气压调整单元3是在公知气压调整单元构造基础上进行上述相关设计，这对于本领域技术人员来说均是很容易理解的，为表述清楚起见，在此不作赘述。

在本实施例中，决定待测气体通断的控制由气体通断控制单元5进行控制，如图2所示。在图2中，所述气体通断控制单元5采用二级控制系统进行控制，由控制单元10给出的控制信号C2控制电磁阀的开闭，以决定是否开始或结束测量，电磁阀的输入端是一次气压调整装置2所给出的少量控制用气体，由此所述少量控制用气体形成2级控制信号，来控制气控阀的开闭。这样的二级控制机构与单独电磁阀控制的机构相比，有效避免因电磁阀工作时间长而导致的发热会影响到待测气体的体积变化，从而确保温度变化所导致的测量误差最小化。

图3是根据本发明的气体泄漏装置的旁路构造示意图。根据图3，当气控阀打开后，稳定的气体通过量程扩大选择单元6，可以根据待测物所需的测量范围进行是否需扩大量程的选择，如果不需要，得到的基准读数就是我们所需要的结果，就是当n＝0，即所有气体都通过了气体流量传感器时的读数，如果测试范围超过了规定的流量范围-400～+400sccm，可以对选择适当的旁路机构，来扩大量程范围，通过控制旁路结构和进入气体流量传感器路径的横截面积之比n∶1，即可得到扩大的量程范围后的读数：基准读数*(n+1)。这样，根据测试需要，用户可以对选择适当的旁路机构，来扩大量程范围，从而使得所述气体泄漏装置的使用范围更广。

图4为根据本发明的气体泄漏装置的气体流量传感器及调理电路示意图；图5为根据本发明的气体泄漏装置的二次气压调整单元气压测量电路图；图6为根据本发明的气体泄漏装置的MCU电路及上位机通信电路图。

如图4所示，通过气体流量传感器及调理电路7，对流量传感器得到的信号通过调理，得到了Vsen和POS/NEG两个信号，分别表示测到的流量值以及气体的流向(高电平表示气体正向流动，低电平表示气体反向流动)，这两个信号都传入到MCU电路9中。从流量传感器得到的信号首先经过AD621运放电路，进行信号放大，然后通过U4A这个芯片AD712组成的调偏置电路，这部分电路的功能是能通过R5这个10K的电阻进行调偏，既保证当流量为0的时候，读数为0，由于R6电阻值为2M，远大于R7的值1K，所以根据相关的电路原理，通过R5进行的调偏作用是微调的作用。然后电路分为两路，第一路信号经过U4B这个芯片AD712和二极管D1组成的精密整流电路，此部分电路的目的是保证调偏电路输出的电压(-5V～+5V)经过整流后得到0～+5V的电压Vsen信号，把负电压转换成对应的绝对值电压，能更好的满足单片机MCU的输入范围，为了保证电路的稳定性，在精密整流电路后，设计了隔离运放电路ISO122，使输出到MCU电路的Vsen信号不受到前后电路的干扰和影响，更适合在工业场合使用；第二路信号经LM393电压比较器和4N25这个光耦隔离单元，得到输入到MCU电路的第二个信号-POS/NEG信号，当调偏置电路给出的信号(假设此电压信号为正)通过R3时，此时LM393的3脚电压大于2脚电压，输出1脚为开路，这样4N25的发光管就没有电流，三极管截止，这样POS/NEG输出端就得到高电平，表示测到的气体流向是正向的。如果当调偏置电路给出的信号通过R3时的电压信号为负时，LM393电压比较器的3脚电压小于2脚电压，此时LM393的一脚电压为-15V，此时4N25的发光管就导通，输出的POS/NEG输出端就得到低电平，表示测到的气体流向是反向的。此信号有助于我们测试一些工作在小于正常气压环境下的特殊产品。

根据图5，在二次气压调整电路中，根据气体压力传感器的输出，经过AD712和R13，R14，R15组成的调偏置电路，确保在微调后能实现调零功能。然后经过ISO122的隔离运放，得到了气体的压力值Vpressure，这个值传递给MCU电路。

根据图6，MCU的控制电路上述测试气体的流量信号Vsen，测试气体的流向信号POS/NEG以及二次自动调压时的气体压力信号Vpressure这三个输入信号，进行处理，实现和上位机10的RS232通信功能，以及通过步进电机的正反向驱动实现二次气压的自动调压功能。MCU的控制电路的单片机可采用具有A/D功能80C51系列的芯片，能直接输入模拟信号。输出信号有两部分，第一部分是P3.0和P3.1脚的串口通信的输入和输出信号，通过MAX232芯片，实现和上位机的串口进行通信。第二部分输出是P2.0，P2.1和P2.2脚，MCU电路给出了三个控制信号DIR，EN和CP信号，用来对PLD芯片GAL16V8的控制，根据自编程的逻辑顺序，实现对步进电机的控制，4路控制信号首先通过TLP621进行光耦隔离，再通过ULN2003A实现对步进电机的驱动，步进电机实现了自动调压功能，如果Vpressure小于用户设定的值，则步进电机根据PLD芯片的逻辑顺序，控制气体的阀门增大，这样可实现自动加压，反之，步进电机就反转，减少通过气体的压力。这样有效实现了对二次气压的自动调整。

由上述介绍可以知道，本发明采用多次气压调整得到稳定的待测气体流，然后没有简单的直接使用电磁阀进行气体通断的控制，而是采用了一个多级通断的控制单元来控制气体通断的开关，其次增加了量程扩大选择单元，通过气体流量测量装置，使输出的气体到达装有待测器件的夹具单元，克服了以往气密性测量中，待测物必须有一定内容积的要求的缺点。

此外，本发明采用数据采集卡和LABVIEW的数据采集和控制功能，可非常有效的进行监控和相关的管理功能，另外，所述气体泄漏检测装置在细节处均考虑采用隔离技术和采用仪表放大器，所以具有非常好的抗干扰能力，非常适合于工业场所的使用，在实际应用中，适当变更部件(如旁路机构)的参数，可根据实际需求调整输入气体的种类及压力，根据待测物的形状变更使用具有统一接口的合适夹具，从而满足更多的应用场合。

尽管已示出和描述了本发明的优选实施例，可以设想，本领域的技术人员可在所附权利要求的精神和范围内设计对本发明的各种修改。

Claims (10)

1.一种气体泄漏检测装置，其特征在于：

所述装置包括工厂压缩气体输入口、气压调整单元、气体通断控制单元、量程扩大选择单元、气体流量传感器及调理电路、以及夹具单元，

所述工厂压缩气体输入口接收检测用压缩气体，并将所述检测用压缩气体传输至气压调整单元，

气压调整单元调整检测用压缩气体的气压，在得到适合气压的流动气体后，将该适合气压的流动气体传输至气体通断控制单元，

气体通断控制单元用于决定气体的通断，当所述气体通断控制单元的阀门打开一定时间后，所述适合气压的流动气体传输至所述量程扩大选择单元，

量程扩大选择单元根据待测物所需的测量范围决定是否需要扩大量程，然后所述适合气压的流动气体通过气体流量传感器及调理电路传输至装有待测器件的夹具单元，

所述气体流量传感器及调理电路在规定时间内的检测的气体流量值如果超过预先设定值，则说明待测器件气密性差，如果未超过所述预先设定值，则说明待测器件气密性良好。

2.如权利要求1所述的气体泄漏检测装置，其特征在于：

所述气体泄漏检测装置还包括MCU电路以及气压稳压装置，所述气压调整单元包括一次气压调整单元以及二次气压调整单元，所述二次气压调整单元包括气压传感器和步进电机，

所述MCU电路控制所述气压传感器测得的气压信号与设定值进行比较，并由所述MCU电路控制所述步进电机的正反向转动，从而进行自动调压，然后经由气体稳压装置的作用，得到所述合适气压的流动气体。

3.如权利要求1或2所述的气体泄漏检测装置，其特征在于：

所述气体泄漏检测装置还包括控制单元，MCU电路把气体流量传感器及调理电路检测到的实时气体流量值传输给控制单元，进行用户控制以及显示和分析。

4.如权利要求3所述的气体泄漏检测装置，其特征在于：

所述控制单元包括上位机模块、用户控制模块和显示模块，所述上位机模块对所述气体通断单元、一次气压调整单元以及稳压装置进行控制。

5.如权利要求3所述的气体泄漏检测装置，其特征在于：

所述气体通断控制单元包括电磁阀以及气控阀，

其中，所述电磁阀根据所述控制单元给出的第二控制信号而开或闭，所述电磁阀的输入端是一次气压调整单元所给出的少量控制用气体，所述少量控制用气体形成二级控制信号，来控制所述气控阀的开闭。

6.如权利要求3或5所述的气体泄漏检测装置，其特征在于：

所述量程扩大选择单元具有旁路结构，通过控制流动气体进入的旁路结构和气体流量传感器路径的横截面积之比，从而扩大量程范围。

7.如权利要求3或5所述的气体泄漏检测装置，其特征在于：

所述夹具单元包括与气体流量传感器及调理电路匹配的接口以及用于密封住待测器件的密封单元，所述夹具单元通过所述接口和气体流量传感器及调理电路相连接，所述密封单元与待测器件的形状相匹配。

8.如权利要求7所述的气体泄漏检测装置，其特征在于：

所述气体流量传感器及调理电路中的气体流量传感器为具有温度补偿能力的气体流量传感器。

9.如权利要求8所述的气体泄漏检测装置，其特征在于：

所述检测用压缩气体为氮气。

10.如权利要求9所述的气体泄漏检测装置，其特征在于：

当检测出待测器件气密性差时，所述气体流量传感器及调理电路通过MCU电路向控制单元发送气密性差的信息，并由所述控制单元发出警报告警。

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